Ekstremalna Technologia Laserowego Nanoszycia Wysokoprędkościowego: Przełom w Inżynierii Powierzchni

Wprowadzenie: Dlaczego inżynieria powierzchni ma znaczenie

W wymagających przemyślach, takich jak lotnictwo, petrochemia i inżynieria morska ponad 80% awarii elementów jest spowodowanych zużyciem powierzchni i korozyjnością . Te awarie nie tylko zmniejszają czas użytkowania sprzętu, ale również wiążą się ze znacznymi kosztami operacyjnymi.

Aby przeciwdziałać tym problemom, zastosowano wiele technik inżynierii powierzchniowej, takich jak elektrodepozycja, termiczne nanoszenie, parowy depozyt oraz laserowe nawleczenie. Spośród nich, Ekstremalnie Wysoko prędkość Laserowego Nawleczenia (EHLA) wyróżnia się swoją wydajnością, precyzją i przyjaznością dla środowiska.

Co to jest EHLA?

EHLA to ulepszenie w stosunku do tradycyjnego nanoszenia warstw laserowych. Wykorzystuje ono laser o wysokiej mocy i system zewnętrznej podawki proszkowej, aby wpierw przetopić materiał pokrycia nad podłożem , co znacząco zwiększa prędkość osadzania, jednocześnie redukując obciążenie termiczne i rozcieńczenie.

Przewagi EHLA

• Prędkość osadzania : Do 500 cm²/min, ponad 10x szybciej niż tradycyjne napawanie laserowe

• Jakość powierzchni : Ra < 10 μm, znacznie obniżając koszty pośródkowych

• Niska stopa rozcieńczania : <4%, zachowując wydajność materiału pokrywającego

• Dobra mikrostruktura : Szybsze chłodzenie powoduje wytworzenie zrefinowanych krystalicznych drzewek

• Minimalny wpływ cieplny : Idealne dla cienkich ścianek i dużych elementów

Rozwój equipmentu: Od koncepcji do przemysłowej realizacji

EHLA została opracowana przez Niemiecki Instytut Fraunhofera, a później skomercjalizowana przez firmy takie jak ACunity i TRUMPF.

W Chinach szybki postęp doprowadził do systemów nawleczenia wysokiej mocy i zoptymalizowanych głowic do podawania proszków, co umożliwia do 6 m²/h efektywność nawleczenia dla użytku przemysłowego.

Materiały do nawierzchni: Postępy w badaniach

EHLA jest zgodna z szerokim zakresem materiałów do nawierzchni. Badania koncentrują się przede wszystkim na:

1. Tрадycyjne układy stopów

• Stopy żelaza : Ekonomiczne, dobra odporność na zużycie/korozję.
  Badania pokazują znaczące ulepszenie struktury ziarnistej i właściwości.

• Stopy kobaltowe : Wyjątkowa odporność na zużycie przy wysokich temperaturach.
  Drobną strukturę mikrokrystaliczną uzyskano za pomocą EHLA, co pokazuje potencjał dla turbin wodnych i form.

• Stopy niklowe : Nadzwyczajna odporność na korozyję i utlenianie.
  Idealne do zastosowań w kotłach biomasowych, gdzie stabilność przy wysokich temperaturach jest kluczowa.

2. Nadchodzące Zaawansowane Nakładki

• Stosy amorficzne : EHLA umożliwia osiągnięcie >90% fazy amorficznej, rozwiązując wcześniejsze problemy z kruchością i pęknięciami.

• Wysokoentropowe stosy : Zwiększony czas użytkowania dzięki wyrafinowanym ziarnom i stabilnej formacji fazowej przy wysokich prędkościach skanowania.

• Naprawy ceramiczne i kompozytowe : Wzmacniane WC, TiC lub CNT dla ekstremalnych warunków zużycia i korozyjnych.

Aplikacje przemysłowe

Naprawy metodą EHLA zostały pomyślnie zastosowane do:

• Łączników prętów wiertniczych

• Wsparcia hydrauliczne w górnictwie węglowym

• Ochrona form i wałków

• Ochrona przed korozyjnym uszkodzeniem rur kotłowych

Firmy takie jak Sinopec , China Coal Technology , oraz Yankuang Group już zintegrowały EHLA w produkcji.

Wyzwania i przyszłe kierunki

Mimo szybkich postępów, EHLA nadal napotyka na wyzwania techniczne:

1. Brak dedykowanych systemów proszkowych : Większość materiałów została przystosowana z ligatur stosowanych w termosprysku.

2. Standaryzacja : Istnieje pilna potrzeba standardów i wskaźników wydajności specyficznych dla zastosowań.

3. Przetwarzanie hybrydowe : Połączenie EHLA z ultradźwiękowym, elektromagnetycznym lub mechanicznym poobróbem wydaje się obiecujące w celu poprawy jakości pokrywy.

Wnioski

Ekstremalne Wysoko prędkościowe Naniesienie Warstw Laserowych (EHLA) rewolucjonizuje dziedzinę inżynierii powierzchni. Dzięki wyższej jakości pokryw, wysokiej efektywności i ekologicznemu przetwarzaniu, EHLA stanowi silnego kandydata do zastąpienia tradycyjnych technologii, takich jak nanoszenie chromu twardego. W miarę gdy systemy materiałów i sprzęt dojrzewają, EHLA znajdzie szersze zastosowanie w przemyśle, gdzie niezawodność w trudnych warunkach jest kluczowa.